一种混合动力船舶能效控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种混合动力船舶能效控制系统及方法，控制系统包括第一柴油发电机组、第二柴油发电机组、岸电电源、交流母线、储能单元、直流母线、左电机、左离合器、左主机、右电机、右离合器和右主机；第一柴油发电机组、第二柴油发电机组和岸电电源交流母线相连；交流母线连接在直流母线上；储能单元依次连接直流母线；直流母线连接左电机和右电机；左电机连接左螺旋桨和左主机；右电机连接右螺旋桨和右主机。优点是：螺旋桨可由主机单独驱动、电机单独驱动或主机和电机联合的柴‑电驱动；电机可工作在推进状态或工作在发电状态，可靠性高；提出了混合动力船舶能效最优灰色预测控制方法，从根本上解决柴油机以最低耗油率SFOC运行的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种混合动力船舶能效控制系统及方法
本专利技术涉及船舶、海洋工程的工程船、拖轮等节能减排与混合动力
，尤其涉及一种混合动力船舶能效控制系统及方法。
技术介绍
目前，燃油仍是船舶的主导能源，省油是船舶的根本任务。柴油机厂家围绕缸内燃烧已研究出完善的节油技术，船用中速机最低耗油率(SFOC)为(191±5％)g/(kw〃h)，此对应的中速机最佳负荷为100％；低速机最低耗油率(SFOC)为(162～165)g/(kw〃h)，此对应的低速机最佳负荷为(75～80)％；但柴油机实际运行中要保持最低耗油率很难，船况及海况变化导致不能满足柴油机要求的运行条件，这是制约柴油机能效最优的难题。因此，再进一步减小柴油机的最低耗油率(SFOC)很难，实际运行中维持柴油机的最佳工况以达到最低耗油率很难。主机功率与航速的三次方成正比，适当降低航速，则主机功率和耗油率SFOC将以三次方的关系下降，可明显降低燃油消耗量，船舶存在最佳经济航速，这是船舶设计的依据、船-机-桨最佳匹配点。但考虑船舶航线及经营要求，船舶保持最佳经济航速很难，这需要选择正确的计算评估本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合动力船舶能效控制系统，船舶包括左螺旋桨和右螺旋桨；其特征在于：控制系统包括第一柴油发电机组、第二柴油发电机组、岸电电源、交流母线、储能单元、直流母线、左电机、左离合器、左主机、右电机、右离合器和右主机；所述第一柴油发电机组和所述第二柴油发电机组分别通过第一交流断路器和第二交流断路器连接交流母线；所述岸电电源依次经真空断路器、变压器组和第三交流断路器连接交流母线；所述交流母线分别经第四交流断路器、第五交流断路器、第六交流断路器和第七交流断路器分别连接第一整流/逆变模块、第二整流/逆变模块、第三整流/逆变模块和第四整流/逆变模块，再分别通过相应的第一直流断路器、第二直流断路器、第三直流...

【技术特征摘要】
1.一种混合动力船舶能效控制系统，船舶包括左螺旋桨和右螺旋桨；其特征在于：控制系统包括第一柴油发电机组、第二柴油发电机组、岸电电源、交流母线、储能单元、直流母线、左电机、左离合器、左主机、右电机、右离合器和右主机；所述第一柴油发电机组和所述第二柴油发电机组分别通过第一交流断路器和第二交流断路器连接交流母线；所述岸电电源依次经真空断路器、变压器组和第三交流断路器连接交流母线；所述交流母线分别经第四交流断路器、第五交流断路器、第六交流断路器和第七交流断路器分别连接第一整流/逆变模块、第二整流/逆变模块、第三整流/逆变模块和第四整流/逆变模块，再分别通过相应的第一直流断路器、第二直流断路器、第三直流断路器和第四直流断路器连接在直流母线上；所述储能单元依次经过所述第五直流断路器、斩波器和第六直流断路器连接直流母线；第四交流断路器和第五交流断路器之间的交流母线上设置有第八交流断路器；第六交流断路器和第七交流断路器之间的交流母线上设置有第九交流断路器；直流母线分别经第五整流/逆变模块和第六整流/逆变模块分别连接第十交流断路器和第十一交流断路器，之后分别连接左电机和右电机；左电机连接左螺旋桨和左主机；右电机连接右螺旋桨和右主机。


2.根据权利要求1所述的混合动力船舶能效控制系统，其特征在于：所述第一柴油发电机组和所述第二柴油发电机组型号相同，容量不同，所述第二柴油发电机的功率是所述第一柴油发电机组的一半。


3.根据权利要求1所述的混合动力船舶能效控制系统，其特征在于：所述储能单元包括蓄电池组和超级电容；蓄电池组包括第一锂电池组、第二锂电池组、第三锂电池组和第四锂电池组，第一锂电池组和第二锂电池组的容量相等且为第二柴油发电机组的容量；第三锂电池组和第四锂电池组的容量相等且为第二柴油发电机组容量的一半。


4.根据权利要求1所述的混合动力船舶能效控制系统，其特征在于：当左螺旋桨和右螺旋桨采用可变螺距的螺旋桨，则左电机和右电机分别连接左主机和右主机；当左螺旋桨和右螺旋桨采用定距的螺旋桨；则左电机通过左离合器连接左主机；右电机通过右离合器连接右主机。


5.一种混合动力船舶能效控制方法，其特征在于：所述控制方法使用上述权利要求1至4任一所述的控制系统实现；所述控制方法具体为，根据船舶所处的工况，采用不同的供电方式，以保证混合动力船舶能效最优；船舶所处的工况包括
靠泊工况；岸电电源供电，并为储能单元充满电；
锚泊工况；储能单元供电，当锚泊时间过长，导致储能单元放电到其额定容量的30％，则优先启用第二柴油发电机组供电，并为储能单元充满电；当出现全船停电，则第二柴油发电机组自行启动，让船舶供电恢复正常，第二柴油发电机组具备应急发电功能；
停机工况；第一柴油发电机组、第二柴油发电机组、左主机、右主机、左电机和右电机停机；
等待工况；船舶处于备车状态，接到开船命令可立即出发；备车状态包括靠泊备车、锚泊备车和漂泊备车；靠泊备车和锚泊备车需要先启动第二柴油发电机组，为储能单元充电，船舶的操纵系统无异常时，全船进入随时起动准备，若等待工况时间过长，则第二柴油发电机组停机，转为储能单元供电；漂泊备车时，左或右螺旋桨慢速运转，当储能单元供电时间过长导致储能单元放电到其额定容量的30％，则启动第二柴油发电机组供电；漂泊备车时，至少需要一个螺旋桨运转，则与该螺旋桨相应的电机为PTI电动模式；
进出港工况；优选储能单元供电，两个电机为PTI电动模式分别驱动相应的螺旋桨运转，且主机和电机都处于随时启动状态；当储能单元供电时间过长导致储能单元放电到其额定容量的30％，则第二柴油发电机组投入工作且维持在满负荷最低SFOC工作，两个电机均处于PTI电动模式，船舶为电力推进模式；
船舶低速或中速工况；优选储能单元供电，两个电机为PTI电动工作模式分别驱动相应的螺旋桨运转，当储能单元供电时间过长导致储能单元放电到其额定容量的30％，一个主机投入工作驱动对应的螺旋桨运转，且该主机投入工作且维持在满负荷最低SFOC工作，与该主机相连的电机为PTO发电模式；另一个主机不运转，与其相连的电机为PTI电动模式，此时船舶进入双轴混合推进模式；
储能单元供电，两个电机分别驱动相应的螺旋桨运转，一个主机投入工作且维持在满负荷最低SFOC工作；且另一个主机和两个柴油发电机组都处于随时启动状态；
船舶高速工况；两个主机投入工作且维持在满负荷最低SFOC工作，两个电机为PTO发电模式，并为储能单元充满电；
最大拖力工况；优选两个主机都投入工作且维持在满负荷最低SFOC工作，左右电机为PTI电动模式，储能单元给电机供电与主机共同驱动螺旋桨运转；当储能单元放电到其额定容量的30％时，两个柴油机组投入工作且维持在满负荷最低SFOC工作；当船舶顶推或拖带负荷变动时，两个电机自行切换PTI电动模式或PTO发电模式以平衡负荷的突增或猛减，储能单元配合两个电机进行充电或放电以平衡电负荷的突增或猛减。


6.根据权利要求5所述的混合动力船舶能效控制方法，其特征在于：两个电机自行切换PTI电动模式或PTO发电模式包括三种情况，分别为，电机为PTI电动模式，主机停机；电机PTI电动模式，主机工作；电机为PTO发电模式，主机工作；当推进负荷增加导致主机功率增加时，电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张桂臣，曹玉琢，钟作寿，
申请(专利权)人：锡瑞迪船用动力系统上海有限公司，达器船用推进器江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31